頂吹轉(zhuǎn)爐精準(zhǔn)控制應(yīng)用實(shí)踐

黃 萍

(銅陵有色稀貴金屬分公司動(dòng)力維修車間， 安徽 銅陵 244021)

頂吹轉(zhuǎn)爐精準(zhǔn)控制應(yīng)用實(shí)踐

黃 萍

(銅陵有色稀貴金屬分公司動(dòng)力維修車間， 安徽 銅陵 244021)

頂吹轉(zhuǎn)爐是貴金屬冶煉關(guān)鍵設(shè)備，該爐子不僅能旋轉(zhuǎn)，還能傾轉(zhuǎn)。通過對爐子組成結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)控制的描述，闡述了各種檢測技術(shù)在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的應(yīng)用。

電機(jī)； 變頻器； 編碼器； 控制

0 引言

頂吹轉(zhuǎn)爐(以下簡稱爐子)是冶金工業(yè)中常用的爐子，它常用在貴金屬火法冶煉中，是銅陽極泥處理工藝中關(guān)鍵工序，爐子不僅能旋轉(zhuǎn)，還要能傾轉(zhuǎn)。準(zhǔn)確控制是頂吹轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)和安全運(yùn)行的可靠保證。旋轉(zhuǎn)速度和傾轉(zhuǎn)角度的控制直接關(guān)系到入爐物料處理量和貴金屬直收率，所以對爐子的旋轉(zhuǎn)和傾轉(zhuǎn)必須精準(zhǔn)控制。

1 系統(tǒng)組成

頂吹轉(zhuǎn)爐主要由爐體、兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和減速機(jī)以及一臺(tái)傾轉(zhuǎn)電機(jī)、減速機(jī)組成。控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)和傾轉(zhuǎn)變頻器，由變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)爐子旋轉(zhuǎn)和傾轉(zhuǎn)，爐子旋轉(zhuǎn)由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)為主電機(jī)，另一臺(tái)為從電機(jī)，速度控制在0.5～20 rpm，或轉(zhuǎn)速可在0.5～20 rpm范圍內(nèi)調(diào)整，傾轉(zhuǎn)角度0～360°內(nèi)可調(diào),傾轉(zhuǎn)的速度控制在0～0.6 rpm。安裝在電機(jī)軸端的增量編碼器主要用來測量爐子的旋轉(zhuǎn)速度、傾轉(zhuǎn)角度，其測量信號(hào)直接與變頻器編碼器處理模塊相接，電機(jī)線圈繞組溫度測量由預(yù)埋在電機(jī)繞組內(nèi)部的Pt100溫度傳感器送變頻器，變頻器與DCS控制系統(tǒng)通過Profibus- DP通訊，將變頻器測量的所有信號(hào)送DCS控制系統(tǒng)顯示或控制。變頻器是重要的控制設(shè)備，輸出信號(hào)包括：電機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)和傾轉(zhuǎn)角度、電機(jī)繞組線圈內(nèi)部溫度。爐子控制系統(tǒng)組成圖見圖1。

圖1 爐子控制系統(tǒng)組成圖

2 工作原理

2.1 旋轉(zhuǎn)控制原理

操作人員轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在操作臺(tái)上的單圈電位器，其電阻信號(hào)通過變送器轉(zhuǎn)換成4～20 mADC到DCS系統(tǒng)的模擬量輸入(AI)模塊，其信號(hào)在DCS上形成趨勢曲線，并作為其它信號(hào)的控制參數(shù)，DCS控制系統(tǒng)通過模擬量輸出模塊輸出4～20 mADC信號(hào)控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)減速器控制轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)，爐子可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。通過安裝在電機(jī)軸上的德國SICK DGS66增量脈碼器檢測出電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度，其信號(hào)與變頻器專用模塊RTAC- 03相連構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。因電機(jī)直接裝在爐殼外，溫度較高，電機(jī)內(nèi)安置了三個(gè)Pt100測溫元件，電機(jī)溫度測量通過NAIO模塊送變頻器，變頻器與DCS通過Profibus- DP通訊，將所測量的信號(hào)如電流、電壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度等信號(hào)送DCS顯示和控制、報(bào)警、連鎖，DCS再輸出4～20 mADC信號(hào)到數(shù)顯儀顯示爐子轉(zhuǎn)速。

由于充分運(yùn)用了變頻驅(qū)動(dòng)的功能，在電機(jī)堵轉(zhuǎn)、缺相、欠壓、接地時(shí)都能準(zhǔn)確報(bào)警，停止?fàn)t子旋轉(zhuǎn)，保護(hù)電機(jī)防止?fàn)t子事故發(fā)生。

爐子旋轉(zhuǎn)速度不能隨意調(diào)節(jié)，與爐子的傾轉(zhuǎn)角度和工藝生產(chǎn)周期有關(guān)。與傾轉(zhuǎn)角度有關(guān)的條件完全由DCS自動(dòng)給出，限制旋轉(zhuǎn)速度，如在爐子傾轉(zhuǎn)角度為26～30°時(shí)，速度可在0～100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；爐子反轉(zhuǎn)時(shí)，最高速度只能為2 rpm。與生產(chǎn)周期有關(guān)時(shí)，由人工控制，但也受到傾轉(zhuǎn)角度的限制。

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在爐子的底部，為了保證爐子旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，由兩臺(tái)電機(jī)和兩臺(tái)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)主變頻器，另一臺(tái)為從變頻器，從變頻器通過Profibus- DP通訊電纜與主變頻器相連，跟隨主變頻器控制電機(jī)。爐子傾轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備跟隨爐子一起傾轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)方框圖見圖2。

圖2 旋轉(zhuǎn)控制方框圖

2.2 爐子傾轉(zhuǎn)控制原理

爐子傾轉(zhuǎn)從控制角度可在0～360°轉(zhuǎn)動(dòng)，可以向前傾也可向后傾。但傾轉(zhuǎn)角度受到機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，如凸輪支撐等的限制，在正常生產(chǎn)時(shí)一般只允許在-95～160°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

通過操縱操作臺(tái)上的操縱桿，直接輸出±10 VDC電壓信號(hào)至變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制爐子傾轉(zhuǎn)，裝在電機(jī)軸上的脈碼器測出爐子的傾轉(zhuǎn)角度。脈碼器與變頻器專用模塊RTAC- 03相連，變頻器通過Profibus- DP與DCS通訊，將變頻器所測量的信號(hào)如電流、電壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度等送DCS顯示和控制、報(bào)警。DCS再輸出4～20 mADC信號(hào)至操作臺(tái)數(shù)顯表顯示。爐子傾轉(zhuǎn)角以爐口水平為0°。為保證傾轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)確可靠，在爐子傾轉(zhuǎn)軸上安裝了一套拉繩轉(zhuǎn)角測量儀，其信號(hào)用于與脈碼器所測傾角比對，如超過規(guī)定值，需對編碼器測量值進(jìn)行標(biāo)定,方法是將爐子置于28°噴槍位置，按動(dòng)標(biāo)定鍵，控制系統(tǒng)對變頻器輸出的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)定，防止測量系統(tǒng)失誤出現(xiàn)事故。在爐子停止傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或緊急停止時(shí)，抱閘自動(dòng)抱死傾轉(zhuǎn)軸，防止?fàn)t子自由傾轉(zhuǎn)，發(fā)生事故。由于爐子傾轉(zhuǎn)控制精度要求較高，爐口的高度調(diào)節(jié)對于倒渣非常重要，如果爐口高了，渣將倒不出來，如果爐口低了，渣中含合金量將會(huì)偏高，影響直收率，為此在爐口增加一傾轉(zhuǎn)控制器。利用轉(zhuǎn)換開關(guān)，操作人員可以在控制室內(nèi)控制爐子傾轉(zhuǎn)，也可以在爐口根據(jù)爐內(nèi)狀況操作，操作人員根據(jù)爐中渣層厚度精確控制爐子的傾轉(zhuǎn)角度。傾轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)方框圖見圖3。

圖3 傾轉(zhuǎn)控制方框圖

3 結(jié)束語

爐子能夠精準(zhǔn)控制，得益于各種技術(shù)的綜合應(yīng)用，如集散控制技術(shù)(DCS)，工業(yè)通訊技術(shù)，變頻技術(shù)；還有各種先進(jìn)的測量技術(shù)，如增量編碼器與變頻器一起用于測量爐子的旋轉(zhuǎn)速度和傾轉(zhuǎn)角度，用拉繩位置變送器測量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，這些技術(shù)的成功應(yīng)用，為其它運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的參數(shù)檢測找到了切實(shí)可行的方法，如冶金爐噴槍直線移動(dòng)位置檢測，旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度和角位移的檢測和控制等等。

陜西有色建設(shè)公司獲得兩項(xiàng)國家專利

由陜西有色集團(tuán)旗下的陜西有色建設(shè)有限公司自主研發(fā)的專利《一種異徑90°三通結(jié)構(gòu)》和《一種現(xiàn)場拼拆鋼木組合大模板》，獲得國家實(shí)用新型專利授權(quán)。

兩項(xiàng)專利源于解決工程實(shí)際問題的施工現(xiàn)場。其中，《一種異徑90°三通結(jié)構(gòu)》采用兩個(gè)異徑90°三通沿中軸線切割后組拼成一個(gè)異徑90°三通結(jié)構(gòu)，解決了標(biāo)準(zhǔn)圖集中無φ2 000 mm以上鋼制管件尺寸以致成型構(gòu)件尺寸超出允許偏差范圍的問題，提升了外形尺寸一次驗(yàn)收合格率?！兑环N現(xiàn)場拼拆鋼木組合大模板》采用螺栓手動(dòng)調(diào)節(jié)龍骨位置的鋼框架，配合鏡面板組成的可現(xiàn)場拼拆鋼木組合大模板代替生產(chǎn)實(shí)際的大鋼模板，保證混凝土施工質(zhì)量的同時(shí)，鏡面板可循環(huán)利用的成本優(yōu)勢節(jié)約了使用一次性大鋼模板的能耗和成本。

Application Practice for Precision Control of Top-blown Converter

HUANG Ping

Top-blown converter is a key equipment of precious metal smelting, it has a function of both rotation and tilting. The paper expounds the application of various detection technologies in rotating equipment by describing the structure and rotation control of the converter.

Motor; frequency converter; encoder； control

2015-03-16

黃萍(1964-)，女，江蘇揚(yáng)中人，高級(jí)工程師，大學(xué)?？疲饕獜氖伦詣?dòng)化控制工作，現(xiàn)任銅陵有色稀貴金屬分公司技術(shù)主管。

TH315

B

1003-8884(2015)03-0009-03